Ya sabes que cuando la velocidad cambia de dirección hay aceleración, porque se produce un cambio en la velocidad. Esa aceleración recibe el nombre de centrípeta y la fuerza que la produce, provocando el cambio de dirección del móvil, se llama fuerza centrípeta.

Si te fijas en la imagen, cuando el móvil se mueve y la velocidad pasa del vector v1 al vector v2, la diferencia entre esos dos vectores está en la dirección del centro de curvatura de la trayectoria seguida por el móvil (el radio si es circular). Como el vector aceleración mide la variación del vector velocidad por unidad de tiempo, su dirección es precisamente la del centro de curvatura: por esa razón se llama centrípeta.

En el vídeo puedes ver lo que sucede cuando la trayectoria del móvil es poligonal y tiende a un círculo: en todos los casos la dirección de la aceleración es hacia el centro de la figura geométrica, tendiendo al centro del círculo conforme aumenta el número de lados.

 

¿De qué factores depende la aceleración centrípeta?

Cuanto más deprisa se mueve el móvil, más varía la dirección del vector velocidad por unidad de tiempo. Lo mismo sucede cuanto más cerrada es la curva que describe. Es decir, la aceleración es mayor cuanto mayor sea la velocidad v y menor el radio de curvatura r. Se puede demostrar (pero se deja para Bachillerato) que el módulo de la aceleración se calcula como v²/r.

 

Fuerza centrípeta

Como siempre que hay una aceleración, su causa es una fuerza: en este caso, la fuerza centrípeta. ¿Cuál es el origen de la fuerza centrípeta? Ahora vas a ver algunos ejemplos en movimientos circulares, que son los más sencillos e importantes en los que hay fuerzas centrípetas.

Fíjate en el lanzador de martillo, que gira para imprimir velocidad al aparato y que llegue lo más lejos posible cuando lo suelte. Como ves en la imagen, él es quien realiza la fuerza centrípeta, tirando de la cadena y evitando que la bola salga de la trayectoria.

¿Y en el caso de los coches que toman una curva? Si te fijas en el vídeo, aparece una fuerza centrípeta, originada por el rozamiento de las ruedas con la carretera: si no hay rozamiento, el coche sale de la curva. ¿Has oído la expresión "salirse por la tangente"?

Por último, observa la imagen de la Luna girando alrededor de la Tierra. En este caso, la fuerza centrípeta es la fuerza de atracción gravitatoria con la que la Tierra atrae a la Luna.

Sistemas de referencia no inerciales: la fuerza centrífuga

Hasta ahora has trabajado con sistemas de referencia que están en reposo (o que se mueven con velocidad constante), que se llaman sistemas inerciales porque en ellos se cumplen las leyes de Newton: para que un cuerpo tenga aceleración ha de actuar sobre él una fuerza exterior.

Pero a veces hay que interpretar situaciones en las que el sistema de referencia lleva aceleración, y se dice que es no inercial. Ahora vas a ver cómo hay que proceder para poder aplicar las leyes de la dinámica en estos casos.

Seguro que te has fijado en que cuando un coche frena, un objeto situado en el asiento delantero sale lanzado hacia delante, o que si el coche toma una curva el objeto se desplaza hacia la puerta. Cuando el fenómeno se ve desde el punto de vista de un observador inercial, ve que el coche frena o que está tomando una curva, y entonces sabe que como no actúa la fuerza de frenado o la centrípeta sobre el objeto, éste sigue con la velocidad que llevaba: adelanta al coche cuando frena, o se desvía cuando toma la curva.

¿Pero y si el observador está fijo dentro del coche y se mueve con su misma aceleración (sistema no inercial)? ¿Cómo puede interpretar que el objeto salga hacia delante o hacia la puerta si él no aprecia ninguna aceleración en el sistema de referencia?

La única solución para poder aplicar las leyes de la dinámica sobre el objeto que sale hacia adelante con aceleración o se sale de la curva, es suponer que es una fuerza ficticia la que produce esas aceleraciones. Esa fuerza se llama en general fuerza de inercia, y en el caso concreto de los movimientos circulares, fuerza centrífuga.

Observa en las imágenes cómo se debe utilizar la fuerza centrífuga. De todos modos, en este curso solamente vas a usar sistemas de referencia inerciales, por lo que no vas a necesitarla.